数字图像多功能水印综述

数字图像多功能水印技术通过将多种类型的水印嵌入到同一图像,以实现2种及以上的图像保护功能(版权保护、内容认证、篡改恢复等).当前,数字图像多功能水印算法仍面临着性能和应用场景等方面的挑战.为促进图像多功能水印的进一步发展,首先系统地梳理了数字图像水印技术,包括其系统特性、常见分类、关键技术与成果,以及其可实现的功能与应用场景;在此基础上,对近10年来不同类别的多功能水印嵌入模型(融合水印嵌入、零水印嵌入、水印串行嵌入、水印并行嵌入)的相关工作进行归纳与分析;最后,总结了当前数字图像多功能水印技术的不足,展望了后续研究与发展趋势.综合分析发现,多水印的嵌入难免对水印综合性能造成损失,且多功能水印在真实应用场景中的效果仍待改善.人工智能等新技术在数字图像多功能水印中的应用有望提升算法性能.

基于数字图像相关的地聚物混凝土轨枕的力学性能分析

随着混凝土轨枕在我国的广泛应用,混凝土的生产带来大量的能源消耗和碳排放。地聚物作为一种新型低碳材料,能在节能减碳的同时消耗矿渣和粉煤灰等固废。目前,针对地聚物应用于铁路轨枕的相关研究,如混合使用水泥与粉煤灰、矿渣的地聚物混凝土轨枕及其裂缝扩展特性的研究还比较有限。本文设计2种配合比的地聚物混凝土并制造成轨枕,使用数字图像相关(Digital Image Correlation)技术,在轨下截面的三点弯曲实验下分析2种配合比下轨枕挠度、裂缝扩展特性及裂缝宽度发展规律。研究结果表明,2种配合比地聚物混凝土轨枕的抗弯承载力均高于普通混凝土轨枕。相比于普通混凝土轨枕,地聚物混凝土轨枕在较低的静荷载作用下挠度较大,但随着荷载的增加轨枕挠度的增长速度较慢,刚度损失较小,弹性阶段延续的荷载区间更长,这种特征在配合比为Geo50的地聚物混凝土轨枕上更为显著。2种配合比的轨枕微裂纹萌生的荷载相近,分别为130 kN和120 kN。在较低荷载下2种轨枕裂缝扩展相差不大,在较高荷载下配合比为Geo100的地聚物轨枕的裂缝发展加快,裂缝宽度值和增长速度都大于Geo50。配合比为Geo100的地聚物混凝土轨枕主要表现为受弯正截面破坏,配合比为Geo50的地聚物混凝土轨枕主要表现为受剪斜拉破坏。掺入部分水泥代替矿渣和粉煤灰的地聚物能使所制成轨枕在较高的荷载下保持更高刚度和更缓慢的裂缝扩展速度,该方案有助于推动地聚物应用于混凝土轨枕,促进铁路双碳战略贯彻与实施。

面向新工科建设的仪器类专业数字图像处理课程思政教学案例设计与探索

该文面向新工科建设的“复旦共识”“北京指南”“天大行动”,围绕“新工科建设”和“课程思政育人”两大目标,推进仪器类专业课程思政建设,把思想政治教育贯穿到人才培养体系的全过程,引导学生自尊、自信、自立和自强,强化学生“仪器报国、仪器强国”的使命担当,厚植家国情怀,培养担当民族复兴大任的时代新人。同时探讨结合学校的办学定位、专业特色、人才培养要求,探索课程思政教学与知识教学的有机统一。针对面向仪器类本科生开设的数字图像处理课程,从教学大纲、教案、教材等方面整理补充和仪器仪表行业相关的思政教育元素,设计题材新颖、具有时代特色的仪器类思政教学案例,实现具有“专业知识-思政育人-空天报国-敢为人先”特色的课程思政育人目标,进一步落实课程思政“立德树人成效”根本标准的具体化和可操作化。

线黏弹性材料数字图像相关实验教学探索

线黏弹性理论是固体力学原理课程的重要内容,目前实验教学一般采用电子万能试验机对线黏弹性材料进行单轴拉伸实验,实验结果不够直观。数字图像相关方法是一种高精度全场应变测量方法,近年来在实验力学领域应用广泛。本文以固体推进剂这种线黏弹性材料为例,采用数字图像相关方法设计了线黏弹性材料单轴拉伸实验,实现了全场变形测量并且实验结果可视化更直观,有助于调动学生积极性。实验发现,数字图像相关方法与国标规定的固体推进剂单向拉伸法测量的材料应变有明显差异,针对该问题设计了实验教学研讨环节,引导学生深入分析,有助于加深对线黏弹性理论的理解。

科研转化教学--融入课程思政的数字图像处理案例化建设研究

全面推进新工科建设的大背景对高校人才培养提出了更高的要求。该文在分析数字图像处理课程现有教学模式弊端的基础上,精心构建典型工程案例辅助理论教学,探讨将最新的科研技术和方法融入课堂教学,并在教学过程中融入思政教育。介绍部分工程案例的具体内容、涉及的知识点、课程思政元素,并以其中的砗磲荧光图像预处理案例为例,详细说明案例的具体构建过程及呈现形式。教学实践结果显示,引入案例化教学后学生的学习兴趣明显提高,学生的科研素养、创新能力、动手能力和综合应用能力也得到显著提升,结合案例实际的课程思政设计有利于“全方位育人”的目标达成。

基于数字图像技术的致密砂岩纯剪裂缝断裂过程实验

纯剪应力状态下致密砂岩断裂过程是理解致密砂岩破坏失效机理的关键,然而在纯剪应力状态下,初始裂缝是发育扩展为I型裂缝或II型裂缝却一直有所争议。本文基于新型光学测量技术数字图像相关法和双切边压缩实验理论方法,开展了双切边压缩实验并通过数字图像相关法得到了位移和应变场。实验结果表明:双边开槽压缩实验能在槽尖(预制裂缝尖端)产生纯剪应力状态;致密砂岩试件起裂过程包含2个阶段的I型裂缝,第一阶段裂缝从槽尖起裂,第二阶段裂缝从试件中心两槽尖相连区域起裂。本文研究成果为数字图像技术应用在岩石断裂力学领域提供了新思路,对分析水力压裂中致密砂岩纯剪裂缝的演化规律有一定参考价值。

基于数字图像相关方法的煤岩表面应变场及裂纹演化特征

基于数字图像相关方法,开展了煤岩体试样单轴压缩破坏的裂纹演化特征及破坏过程研究,分析了试样破坏过程的表面应变场、变形局部化带的拉伸位移演化和错动位移演化特征,精细化分析煤岩体变形破坏过程。研究结果表明:(1)根据试样的应力-应变曲线特征,将试样分为缓慢破坏型和瞬间破坏型。缓慢破坏型试样的破坏过程较为平稳,裂纹宽度较小。瞬间破坏型试样破坏过程较为剧烈,表面裂纹宽度增加,表现出明显的岩爆现象。(2)加载过程中,缓慢破坏型试样先产生应变集中后,裂纹沿变形局部化带扩展延伸并逐渐贯通;瞬间破坏型试样在应力峰值后试样表面瞬间产生宏观裂纹。(3)试样表面应变演化特征与加载过程中应力变化特征对应,反映了裂纹扩展规律。缓慢破坏型试样在加载过程中表面应变变化过程较为缓慢,并在后期呈现波动状态;瞬间破坏型试样在应力峰值点处,拉伸应变瞬间突增达到峰值,导致试样破坏。

新工科背景下数字图像处理课程改革与探索

在新工科建设背景下,以培养高水平复合型工程科技人才为目标,对当前数字图像处理课程教学中存在的问题进行分析,提出了建立多层级课程教学目标、开展线上线下混合式教学、增加新技术教学内容和构建多元化考核评价方式四个改革思路。教学实践表明,本次教学改革能够有效克服原有教学模式的弊端,对激发学生学习的内驱力,培养学生的动手实践能力、工程应用能力及创新创业能力,提高教学质量具有积极作用。

图像分割技术在数字图像处理课程中的教学应用研究

在现代工程教育理念下,虽然数字图像处理课程已经被广泛开设,但是关于图像分割技术的教学资源和案例仍然相对匮乏。很多教材和教学资料并没有涵盖图像分割技术或者只是简单地提及,缺乏具体的实践案例和项目指导,这给学生的学习和实践带来了一定的困难。为此,需要进一步完善和丰富数字图像处理教育资源,特别是针对图像分割技术的教学资源。需要充分运用线上网络教学平台,运用开源软件和编程语言来实现图像分割算法,结合实践基础来合理设定考核内容。实践表明,图像分割技术在数字图像处理课程中具有广泛的教学应用潜力。通过引入图像分割技术,能够更好地发掘学生的个人能力。

遥感专业《数字图像处理》教材建设有效途径分析

数字图像处理教材存在理多实少、难点解析不足等种种问题。针对这些问题,提出一种混合式立体改进方法,从内容、形式和实践方面提出了多项举措,以实现够用学会、讲练透彻的学习目标。通过分析遥感专业课程内容,提炼出相关知识点进行教材编写,得到理实一体的简明化教材。教学实践证明,这种教材建设方法丰富了教学资源,有利于学生对重难点知识理解,大幅提高学习效率和质量,不失为一种有效的逆向教材建设创新方法。

基于CDIO模式的数字图像处理课程改革探析

工程教育专业认证背景下,亟需对传统的部分工科课程进行改革以顺应行业发展需要,进而提高学生的科研素养和就业核心竞争力。本文通过调研数字图像处理课程的特点及教学现状,结合CDIO能力要求,明确以贯穿大工程概念、培养学生综合能力、增强教师的CDIO能力为原则,以“丰富课程,改进教学,精细考核”为改革思路,将传统理论知识和当前数字化资源有效结合,特别是借助百度AIStudio人工智能教学实训平台,构建了新工科背景下数字图像处理课程的一体化教学方案。

基于深度SR模型的加密数字图像压缩与重构

针对图像压缩后降低存储空间的同时也降低图像分辨率的问题,提出一种基于深度超分辨率(SR)模型的加密数字图像压缩与重构方法。先对加密数字图像进行分割,然后针对分割后的图像子块进行编码压缩处理,并将经典的SR重构方法(稀疏编码法)与深度学习(卷积神经网络)进行结合,构建一种深度SR模型,并利用模型对图像进行压缩和解压,最后对解密后的数字图像进行重构。结果表明:图像压缩后较压缩前占据存储空间降低,压缩效果有所改善,经过深度SR模型重构后的数字图像分辨率相对更高,且峰值信噪比更高。

数字图像处理在结构优化结果提取中的应用

结构优化结果的提取和应用主要考虑如何有效地将优化结果转化为可用的CAD模型,实现CAE和CAD之间的数据共享和模型转换。基于数字图像原理提取轮廓范围及像素点坐标,根据相邻点坐标计算离散曲率,并根据曲率值对构件的边缘形状进行分类,得到拓扑优化结果。该方法提高了拓扑优化结果的精度和可用性及提取的效率,减少了人为因素的干扰,提取的模型更符合实际,有助于更好地理解和分析拓扑优化结果,对拓扑优化后处理的结果提取轮廓重构及成果应用有一定参考作用。

数字图像相关技术测量位移的算法和试验研究

基于空间几何知识,通过建立空间直角坐标系、确定位移在Π平面上的投影,以及反推实际位移向量等三步,推导出数字图像监测系统在二维平面内的位移测量数学原理。然后选择不同场景展开现场应用,通过分析人工与自动化监测成果数据,发现光照强度变化、温度变化和距离增加,均会降低监测精度。

基于数字图像相关原理的埋头弹程序燃烧特性试验研究

为分析埋头弹的装药程序燃烧特性和上膛挤进运动特性,对埋头弹两级点火发射过程进行试验研究。设计并建立程序燃烧特性试验系统,采用高速摄像系统获得各组弹丸的运动图像序列。基于数字图像相关原理,对各组图像序列进行定性和定量分析,对回收的弹带刻槽形貌分析测量,获得一级点火的弹丸运动特性,两级点火的程序燃烧特性以及弹带刻槽形貌特性。研究结果表明:速燃点火药的质量直接影响一级点火弹丸上膛性能,质量增加时弹丸上膛时间显著缩短,上膛速度大幅提高;可燃导向筒过早的破碎会导致上膛速度大幅增加,使弹带刻槽形貌非常恶劣,不能可靠密封弹后火药燃气和可靠导转弹丸运动,影响内弹道性能和弹丸的膛内运动姿态;需要对速燃点火药与可燃导向筒进行合理的匹配设计,保证可燃导向筒的破碎时机处于可控范围,从而实现理想的两级点火和程序燃烧设计目标。

基于数字图像处理的风电机组叶片裂纹损伤识别方法研究

为实现风电机组叶片损伤检测的高效化、智能化、便捷化,研究一种基于数字图像处理技术的风电机组叶片裂纹损伤识别以及裂纹类型判断和特征参数提取的方法。以无人机采集的风电机组叶片图像为研究对象,通过对比灰度化、滤波、阈值分割等图像处理步骤的多种算法,对形态学处理方法进行改进,首先选用平均值法对叶片图像进行灰度处理,其次使用中值滤波对图像进行去噪处理,再次使用Otsu阈值分割以实现裂纹区域的分割,然后基于改进的形态学方法提取出完善的叶片裂纹损伤区域,最后基于连通域原理完成裂纹区域的框取。基于上述算法设计风电机组叶片裂纹损伤识别系统以实现叶片裂纹图像检测的可视化处理、裂纹类型判断及裂纹特征参数提取等功能。结果表明,该系统对于风电机组叶片裂纹损伤检测具有可靠的识别精度,识别准确率为85%,实现了风电机组叶片裂纹损伤的自动识别与特征参数提取,提高了叶片裂纹损伤的检测效率。

数字图像相关方法中基于改进IC-GN算法高精度形变测量研究

在数字图像相关方法对物体形变测量中,FA-NR算法实现了高精度测量,IC-GN算法在此基础上提高了测量效率。为进一步提升测量精度,提出了一种基于IC-GN的改进算法(GIC-GN)。在已知整像素初始位置上,通过梯度法求得更准确的亚像素位移,减小Hessian矩阵计算过程中产生的误差,同时加快迭代的收敛速度,有效提高了测量精度和效率。仿真实验验证结果表明,GIC-GN算法误差能够稳定在10^(-4)~10^(-3)pixel之间,对比IC-GN算法精度提升了10%~60%,耗时是FA-NR算法的0.1倍、IC-GN算法的0.8倍,能够实现对物体形变信息的高精度、高效率测量。

基于数字图像处理技术的建筑预埋件无人化识别技术

在建筑施工质量检查中,需对预埋件的位置及数量牢牢把控。为进一步提高对建筑预埋件的检测效率,利用数字图像处理技术,搭建并训练形成了建筑预埋件识别的卷积神经网络模型。基于此,通过配置相关硬件系统,开发了一款可移动式机器人,并内嵌预埋件识别模型,形成了建筑预埋件的无人化识别技术。最后,将上述无人化识别技术应用于实际工程中,实现了对建筑预埋件的有效检测及数量统计,验证了技术的有效性。

基于数字图像相关技术的材料力学性能实验教学改革与实践

实验教学是培养理工科学生创新思维和实践能力的重要手段。如何高效利用有限课时,将塑性变形、断裂失效等众多知识点有机结合,并实现可视化教学是材料力学性能实验教学改革亟待解决的关键问题。将宏/微观数字图像相关技术引入实验教学,以低碳钢常温静载荷单轴拉伸和原位变形微观应变配分检测为典型案例,对实验教学进行了创新性改革。教学实践表明,基于宏/微观DIC技术的实验教学模式,能够加深学生对吕德斯变形、应变集中及断裂失效等材料力学行为的理解,有效激发学生对材料力学性能相关知识的学习兴趣,显著提高学生在材料组织优化设计方面的创新能力。

AI时代“数字图像处理”教学面临的挑战和改革路径

人工智能给数字图像处理带来了全新的发展思路,但在当前高校“数字图像处理”课程的教学中,很少将人工智能融入其中。此外,课程教学内容陈旧、教学方法单一、课程实验缺乏创新等问题也存在。这些问题严重影响了教学效果,妨碍了复合型和创新型人才的培养。为解决这些问题,本文以人工智能为背景,从理论教学、实验教学、考核方式和综合项目扩展四个方面展开教学改革。该课程改革方案以学生为中心,以项目为驱动,以全面和多角度为目标,以探索为方向,并提出了具体的实施措施。